「摂餌利益」による甲殻類マイクロネクトンの海洋生態系における機能評価

Research Project

Project/Area Number	22K12345
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
Research Institution	Shizuoka University
Principal Investigator	宗林留美静岡大学, 理学部, 准教授 (00343195)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	西川淳東海大学, 海洋学部, 教授 (10282732) 松浦弘行東海大学, 海洋学部, 准教授 (50459484) 大林由美子愛媛大学, 沿岸環境科学研究センター, 講師 (60380284) 吉川尚東海大学, 海洋学部, 教授 (80399104)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords	サクラエビ / アスタキサンチン / カイアシ類 / オキアミ類 / 小型遊泳性軟甲綱 / 摂食行動 / 食物連鎖 / SDGs
Outline of Research at the Start	甲殻類マイクロネクトンはバイオマスが多く鉛直移動を行う種が多いため、その摂餌行動は、炭素輸送に加え、表層や中層の低次生産者から機能成分を獲得して自身の生理機能を高めつつ、獲得した機能成分を捕食されることで中層以深の高次生態系に輸送する役割を担っているのではないか？本研究は、餌から獲得した機能成分による生理機能向上を「摂餌利益」として定義し、高次生態系へのその輸送能力をアスタキサンチンから推定することで、海洋生態系における彼らの機能を従来の有機炭素輸送とは異なる「摂餌利益の輸送」で評価する。その成果は甲殻類マイクロネクトンの資源管理や食料・餌料としての活用に有用であり、SDGsの達成に貢献する。
Outline of Annual Research Achievements	駿河湾を象徴する甲殻類マイクロネクトンであるサクラエビが有する抗酸化物質のアスタキサンチンを対象に、機能性物質が食物網を介して上位の栄養段階に伝播する「摂餌利益」について、2021年と2022年に採取して保存していたサクラエビ成体を分析して調査した。アスタキサンチンにはcis-trans異性体と光学異性体が存在し、異性体により抗酸化力が異なると考えられている。また、動物はアスタキサンチンを完全合成できないため、どちらの種類の異性体も餌から直接、または前駆体として獲得することから、アスタキサンチンの異性体組成から摂餌利益を検証できるのではないかと考えた。今年度は、サクラエビを胃壁、胃内容物、頭胸部、腹部、外皮＋脚、眼、卵に分けて分析を行った。サクラエビのアスタキサンチンの約40％は胃壁に存在し、胃壁にアスタキサンチンを蓄積していることが示された。胃内容物は胃壁よりも全trans型の割合が低い傾向にあり、全trans型がcis型よりも早く体内に吸収されることが考えられた。また、外皮＋脚と眼では、抗酸化力が高いと考えられているcis型の割合が冬季に向けて上昇し、冬季は餌が少ないことが想像されることから、サクラエビが餌の探索により発生する活性酸素種を除去するために抗酸化力の高いcis型を脚と眼に配置していることが予想された。一方、光学異性体の割合は、サクラエビの胃壁・胃内容物ともに、サクラエビ成体の主要な餌と考えられるカイアシ類やオキアミ類のものと異なり、昨年度の結果と同様に、サクラエビが鏡像異性体を体内で変換する、つまり、餌から得た「摂餌利益」を変換している可能性が高いことを示した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason サクラエビ成体とその主要な餌候補である動物プランクトンのカイアシ類とオキアミ類を対象に、2021年4月から2024年4月現在までほぼ毎月駿河湾で採集を行った。今年度は、サクラエビについては2021年と2022年のサンプルを胃壁、胃内容物、頭胸部、腹部、外皮＋脚、眼、卵に解剖して分析することで、器官によるアスタキサンチンの濃度および異性体組成の違いを明らかにし、餌から獲得したアスタキサンチンの異性体がどの様に体内や子孫に分配されるかについて重要な情報を得ることができた。更に、餌候補であるカイアシ類とオキアミ類を分析した結果、全trans型の光学異性体組成が両者で全く異なること、そしてサクラエビの胃壁とも胃内容物とも異なることを見出した。この結果は、本課題の主題である「甲殻類マイクロネクトンは餌から獲得した摂餌利益（この場合はアスタキサンチンの各異性体固有の抗酸化力）をそのまま高次の栄養段階に伝達するか、それとも変換して伝達するか」という問いに対して後者を支持する結果である。また、カイアシ類とオキアミ類のアスタキサンチンの異性体組成の違いから、動物プランクトンについても「摂餌利益の変換」が生じていることが予想された。この成果は、甲殻類マイクロネクトンを中心とした食物網における「摂餌利益の伝達」についての理解を深めるものである。一方、建物の改修工事により今年度は実験室を2回移動したために、飼育実験を実施できなかった。そのことから、「やや遅れている」と判断した。
Strategy for Future Research Activity	サクラエビの胃内容物と餌候補と考えられる動物プランクトンにおけるアスタキサンチンの異性体組成の比較により、サクラエビの体内でアスタキサンチンの光学異性体の変換、すなわち、「摂餌利益の変換」が生じている可能性が極めて高いことが明らかになった。しかし、これは動物プランクトンを餌として想定した場合であり、サクラエビが植物プランクトンを摂食した場合は「摂餌利益の変換」を行っておらず、植物プランクトンから獲得したアスタキサンチンまたはその前駆体の異性体組成を維持している可能性がある。そこで、次年度は、サクラエビと同じ場所で植物プランクトンを採集し、そのアスタキサンチンと前駆体の異性体組成を分析し、異性体組成をサクラエビと比較する。また、アスタキサンチンの濃度や異性体組成が「利益」として実際に機能していることを明らかにするために、飼育実験を行う。飼育実験では、餌を工夫することによりアスタキサンチンの異性体組成が異なる同種の甲殻類ネクトンを用意し、その抗酸化力を測定して異なる異性体組成を有する群間で比較することで、アスタキサンチンの異性体組成と抗酸化力の関係を調査する。今年度までの研究結果から、駿河湾に生息する小型遊泳性エビ類ではアスタキサンチンのcis-trans異性体のうち熱力学的に不安定で抗酸化力が比較的弱い全trans型の割合が最も高く、サクラエビの全trans型アスタキサンチンの光学異性体では線虫などの先行研究から最も抗酸化力が強いと考えられる3S, 3’S体の割合が最も高いことが明らかとなったが、その割合はサクラエビ成体の餌候補と考えられるカイアシ類やオキアミ類の割合より低い。サクラエビが「摂餌利益の変換」により餌動物から獲得した3S, 3’S体の割合を下げているとしたら、その生理学・生態学的な意義は何なのか、有力な答えを導きたい。